基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)設(shè)計

馬濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)設(shè)計

馬濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文提出了一種基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計，它的主要功能是對發(fā)電機—變壓器組的電流、電壓和電壓與電流之間相位角等信號進行的分析與檢驗，顯示出發(fā)動機及電壓器獨立工作時所該顯示的問題，根據(jù)設(shè)備使用維護條件，動作于發(fā)出信號、進行跳閘等動作，智能、快捷、有針對性的把問題部件從該電力環(huán)境中移除，把出問題的部分分離開來，使其不干擾到正常部位的繼續(xù)工作，從而實現(xiàn)對發(fā)變組的安全運作。

發(fā)電機 變壓器 繼電保護 LabVIEW 仿真

1 引言

近年來的一系列大停電事故均不同程度地表明，電力系統(tǒng)由簡單故障引起失去功角穩(wěn)定或電壓穩(wěn)定從而直接導(dǎo)致大面積的停電事故已越來越少。停電事故往往是從系統(tǒng)中某一元件的故障開始，由于控制措施采取不當(dāng)或不及時、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不合理、繼電保護裝置的誤動或拒動等因素的單重或多重作用，引發(fā)系列元件故障，這種連鎖性故障的迅速傳播并最終導(dǎo)致了電網(wǎng)的大面積崩潰。

發(fā)電廠供電設(shè)備價格高昂，內(nèi)部繁復(fù)，如若發(fā)生問題，它檢查維修困難，查修用時長，停工虧損嚴重。大規(guī)模發(fā)電機組合在供電設(shè)備里十分重要，尤其是單獨的發(fā)電機效率占總效率較大的模式下，如果大機組因故障分離，會對整個供電環(huán)境產(chǎn)生很大干擾。所以大規(guī)模發(fā)電機組應(yīng)該不要經(jīng)常性停動，也不能緊急跳閘不工作。供電安全保障設(shè)施作為供電組合的二次設(shè)施，它負責(zé)著供電設(shè)施里一次裝置的安全。

2 發(fā)電廠發(fā)變組繼電保護系統(tǒng)的工作原理

2.1 電力繼電保護的基本原理

繼電安全保障裝置是由探測部分、分析部分和動作部分組成的，這三塊不是截然分開的，繼電安全保障設(shè)備在發(fā)生跳閘時具備有以下三點任務(wù)：針對性、迅捷性和安全性。

2.2 發(fā)變組主保護系統(tǒng)配置

相互感應(yīng)設(shè)備TA1和TA2組合為供電機組不完全縱向聯(lián)接差動保護；TA5和TA6組合成為發(fā)變組不完全縱向聯(lián)接差動保護；TA3和TA4組合成為變壓設(shè)備完全縱向聯(lián)接差動保護；TA0是發(fā)電機組零序橫向差動保護，如圖1所示。

圖1 發(fā)變組主保護系統(tǒng)配置

設(shè)ING為供電設(shè)備的一次規(guī)定電流；I2n為發(fā)電機的二次額定電流；?為發(fā)電機每相支路數(shù)；N為TA1所包括的支路數(shù)。則TA1的變化比按的條件選擇；TA2的變化比率按ING/I2n的規(guī)格選定，所以TA1的變化比率跟TA2的不一樣。其他的電流相互感應(yīng)設(shè)備的變比也按同樣的原理來選擇。包括變壓設(shè)備在內(nèi)的差動保障電流相互感應(yīng)設(shè)備變化比率選擇要考慮到變壓設(shè)備的變化比率和Yd接線電流相位移。

2.3 發(fā)變組繼電安全保護基本原理

在變壓設(shè)備正常運行時，變壓設(shè)備星形所在側(cè)相電流的相位落后于三角形所在側(cè)相電流角度約30°。由于存在電路電流相位差使得變壓設(shè)備在日常工作時或產(chǎn)生保護區(qū)以外的問題，使得差流不是0。所以，一定得要使用對應(yīng)接線的辦法來減掉二次所在側(cè)電路電流因為相位差異引起的有差電流。

本系統(tǒng)內(nèi)，變壓設(shè)備縱向聯(lián)接差動保護使用YNd11連接線路辦法，將變壓設(shè)備三角形所在側(cè)的三個電路電流相互感應(yīng)設(shè)備接成星狀，星形所在側(cè)三個電路電流相互感應(yīng)設(shè)備連接為三角狀，這樣就可以調(diào)整電路電流相互感應(yīng)設(shè)備TA3和TA4二次所在側(cè)電路電流相位相同。同時，考慮到星形側(cè)的電流相互感應(yīng)設(shè)備二次側(cè)電流由于三角形的接線方式增大了3倍，為保證正常運行及發(fā)生外部故障時地差流為零，即將側(cè)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備變化比率增大倍，即變壓設(shè)備兩側(cè)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備變化比率選擇原則滿足：

2.4 發(fā)變組單相連連接地線線保護

就發(fā)變組而言，有益于發(fā)電設(shè)備與供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間無電聯(lián)系，因此發(fā)電設(shè)備定子連接地線安全保障措施可以簡化。對于發(fā)變組，其中中性點一般不連連接地線線或經(jīng)過消弧線圈連連接地線線。發(fā)生單相線路連連接地線線時的連連接地線線電容電路電流（或補償后的連接地線電流）通常小于表1的允許值，故連接地線保護可以采用零序電壓保護，作用于信號。對于大電容供電設(shè)備也應(yīng)該使用安全的范圍是100%的定子連接地線保護設(shè)備。

表1 發(fā)變組單相連接地線電流允許值

2.5 變壓器高壓所在側(cè)連接地線短路零序保護設(shè)施

變壓設(shè)備中性點不連接地線工作，防止系統(tǒng)發(fā)生連接地線問題，中性點連接地線的變壓設(shè)備T1跳開后，變壓設(shè)備T2變?yōu)閹в幸稽c連接地線故障的不連接地線組合，使中性點產(chǎn)生過電壓，所以在變壓設(shè)備中性點應(yīng)該配備帶放電間隙的過電壓保護和零序電流保護，如圖2所示，方便當(dāng)中性點直接連接地線的變壓器跳閘的時候保護中性點未直接連接地線的變壓設(shè)備。

圖2 變壓器中性點不連接地線工作時過電壓保護與零序電流保護

2.6 反應(yīng)相間故障的后備保護

設(shè)定發(fā)變組后備保護，將發(fā)變組當(dāng)成整體分析，后備保護既作為發(fā)變組的后備，又當(dāng)成高壓母線臨間問題后備。電流元件接在發(fā)電設(shè)備中性點所在側(cè)的電路電流相互感應(yīng)設(shè)備上，電壓元件接在機端所在側(cè)電壓相互感應(yīng)設(shè)備上。其原理和整定方法和發(fā)電設(shè)備、變壓設(shè)備獨自后備保護相近。

臨間故障后續(xù)保障采用的是復(fù)合電路電壓啟動過電路電流保護，它是低電路電壓啟動過電路電流保護的延伸。它能判斷當(dāng)發(fā)生各種不對稱短路時和發(fā)生三相短路時的負序電壓，該保護的起動條件：

a)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備二次所在側(cè)的電路電流：

3 基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)

基于LabVIEW的發(fā)電廠供電安保設(shè)設(shè)施重點功能為向發(fā)變組的電流、電壓以及電壓與電流之間相位角等信號實施分析與檢驗，顯示出發(fā)動機與電壓器獨立工作時發(fā)現(xiàn)的問題，根據(jù)使用維護條件，動作于發(fā)出信號、進行跳閘等動作，獨立、快捷、具有針對性地把問題部件從機組中分離，使得問題部件避免二次損壞，其他未出現(xiàn)問題的組件繼續(xù)正常工作，從而實現(xiàn)對供電設(shè)施的安全保障。

3.2 基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)的總體設(shè)計采用PCI總線方案，通過電壓、電流相互感應(yīng)設(shè)備的電氣數(shù)據(jù)，并配以PC機操作平臺和虛擬儀器軟件，構(gòu)成各種控制儀器和系統(tǒng)，從而為發(fā)電機—變壓器組提供以PCI計算機為核心和硬件支持的數(shù)字化、智能化的繼電保護系統(tǒng)。

該供電安全設(shè)備能輸入模擬信號，顯示出保險電路中繼電器相關(guān)電氣量，并在發(fā)變組出現(xiàn)故障信號時，相應(yīng)的開關(guān)量會發(fā)生變化，以此起到發(fā)變組繼電保護的功能，該系統(tǒng)的工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的工作流程圖

4 總結(jié)

發(fā)電機—變壓器繼電安全建設(shè)實現(xiàn)了對供電保障裝置所給電壓信號、電路電流問題的各種參照數(shù)據(jù)的高效率分析，對發(fā)生的問題進行排檢。對所得數(shù)據(jù)進行分析，判斷故障是否發(fā)生，并且在發(fā)現(xiàn)故障后迅速進行可靠保護動作。本文所闡述的保護供電措施設(shè)計采用了虛擬儀器和通訊手法結(jié)合，大大提高了安全維護的可靠度和方便性。

基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計和同類發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計相比較，具有一定的優(yōu)勢。例如比較對象為基于組態(tài)王的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)和基于三層體系結(jié)構(gòu)的發(fā)電廠繼電保護系統(tǒng)。

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